The coherent control of relaxation processes in excited states of 4-dimethylaminochalkone fluorescent probe. Results of quantum chemical simulation.

Authors

  • R.A. Sakovich Moscow Institute of Physics and Technology https://orcid.org/0000-0003-0951-7586
  • P.A. Schmakov Moscow Institute of Physics and Technology
  • F.E. Gostev Semenov Institute of Chemical Physics of RAS
  • I.V. Shelaev Semenov Institute of Chemical Physics of RAS
  • B.M. Polyak Scientific Research Institute of Physical-Chemical Medicine (SRI PCM)
  • A.N. Romanov Lomonosov Moscow State University
  • S.K. Gularyan Semenov Institute of Chemical Physics of RAS

Keywords:

quantum chemical simulation, nonadiabatic molecular dynamics, TDDFT, fluorescent probe, coherent control, nonradiative relaxation

Abstract

The relaxation of excited 1(ππ*) state of N,N-dimethylaminochalcone-water complex is studied using non-adiabatic molecular dynamics methods. It is shown that the excitation with several vibrational modes of the 1(ππ*) state of the complex significantly accelerates its relaxation into the ground electronic state. It is also shown that the initial phases of vibrations with the modes of the 1(ππ*) excited state influence the rate of relaxation. These results can help to explain the experimental data on the possibility of coherent control of excited state relaxation for a solvated N,N-dimethylaminochalcone molecule.

Author Biographies

R.A. Sakovich

P.A. Schmakov

F.E. Gostev

I.V. Shelaev

B.M. Polyak

A.N. Romanov

S.K. Gularyan

References

  1. Саркисов О.М., Уманский С.Я. Фемтохимия // Успехи химии. 2001. 70, № 6. 515-538.
  2. Judson R.S., Rabitz H. Teaching lasers to control molecules // Physical Review Letters. 1992. 68, N 10. 1500-1503.
  3. Rabitz H., Vivie-Riedle R., Motzkus M., Kompa K. Whither the future of controlling quantum phenomena? // Science. 2000. 288. 824-828.
  4. Ogilvie J.P., Debarre D., Solinas X., Martin J.-L., Beaurepaire E., Joffre M. Use of coherent control for selective two-photon fluorescence microscopy in live organisms // Optics Express. 2006. 14, N 2. 759-766.
  5. Prokhorenko V.I., Nagy A.M., Waschuk S.A., Brown L.S., Birge R.R., Miller R.J. D. Coherent control of retinal isomerization in bacteriorhodopsin // Science. 2006. 313. 1257-1261.
  6. Savolainen J., Fanciulli R., Dijkhuizen N., Moore A.L., Hauer J., Buckup T., Motzkus M., Herek J.L. Controlling the efficiency of an artificial light-harvesting complex // Proc. of the National Academy of Sciences (USA). 2008. 105, N 22. 7641-7646.
  7. Гуларян С.К., Петрухин А.Н., Золотавин П.Н., Светличный В.Ю., Добрецов Г.Е., Саркисов О.М. Флуоресцентный зонд 4-диметиламинохалкон как детектор структурных различий субклеточных органелл extitin situ // Биологические мембраны. 2006. 23, № 6. 514-520.
  8. Бахшиев Н.Г., Гуларян С.К., Добрецов Г.Е., Кириллова А.Ю., Светличный В.Ю. Сольватохромия и сольватофлуорохромия полосы внутримолекулярного переноса заряда в электронных спектрах растворов 4-диметиламинохалкона // Оптика и спектроскопия. 2006. 100, № 5. 700-708.
  9. Romanov A.N., Gularyan S.K., Polyak B.M., Sakovich R.A., Dobretsov G.E., Sarkisov O.M. Electronically excited states of a membrane fluorescent probe 4-dimethylaminochalcone. Results of quantum chemical calculations // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. 13. 9518-9524.
  10. Сороковой В.И., Добрецов Г.Е, Петров В.А., Никитина А.Н., Владимиров Ю.А. Диметиламинохалкон как люминесцентный краситель, чувствительный к конформационным изменениям в белке // Докл. АН СССР. 1972. 206, № 2. 500-502.
  11. Сакович Р.А., Поляк Б.М., Гуларян С.К., Романов А.Н., Светличный В.Ю., Саркисов О.М. Взаимодействие мембранного флуоресцентного зонда 4-диметиламинохалкон с гидроксильными группами окружения: квантово-химическое моделирование // Известия РАН. Серия химическая. 2013. 5. 1142-1154.
  12. Barbatti M., Granucci G., Persico M., Ruckenbauer M., Vazdar M., Eckert-Maksic M., Lischka H. The on-the-fly surface-hopping program system Newton-X: application to ab initio simulation of the nonadiabatic photodynamics of benchmark systems // J. Photochem. Photobio. A. 2007. 190, N 2-3. 228-240.
  13. Tully J. Molecular dynamics with electronic transitions // J. Chem. Phys. 1990. 93. 1061-1071.
  14. Furche F., Hattig Ch., Klopper W.M., Sierka M., Weigend F., Ahlrichs R. TURBOMOLE V6.0, 2009, a development of University of Karlsruhe and Forschungszentrum Karlsruhe GmbH. Karlsruhe, 2007.
  15. Воеводин Вл.В., Жуматий С.А., Соболев С.И., Антонов А.С., Брызгалов П.А., Никитенко Д.А., Стефанов К.С., Воеводин Вад.В. Практика суперкомпьютера «Ломоносов» // Открытые системы. 2012. 7. 36-40.
  16. Бахшиев Н.Г., Гуларян С.К., Добрецов Г.Е., Кириллова А.Ю., Саркисов О.М., Светличный В.Ю. Природа влияния растворителя на квантовый выход свечения растворов флуоресцентного зонда 4-диметиламинохалкона // Оптика и спектроскопия. 2010. 109, № 6. 978-981.
  17. Гуларян С.К., Саркисов О.М., Добрецов Г.Е., Светличный В.Ю., Гостев Ф.Е., Антипин С.А. Флуоресцентный зонд 4-диметиламинохалкон: влияние полярности среды на динамику процессов релаксации в возбужденном состоянии // Известия РАН. Серия химическая. 2004. № 8. 1607-1610.
  18. Бахшиев Н.Г., Гуларян С.К., Добрецов Г.Е., Кириллова А.Ю., Светличный В.Ю. Некоторые особенности влияния фенилсодержащих растворителей на смещение спектров поглощения и флуоресценции растворов 4-диметиламинохалкона // Оптический журнал. 2007. 74, № 4. 3-8.
  19. Фролов А.К., Гостев Ф.Е., Шелаев И.В., Шиенок А.И., Кольцова Л.С., Зайченко Н.Л., Саркисов О.М. Фемтохимия бифункциональных фотохромных соединений - салицилидениминоспиронафтооксазинов // Известия РАН. Серия химическая. 2009. 4. 780-788.

Published

17-10-2013

How to Cite

Сакович Р., Шмаков П., Гостев Ф., Шелаев И., Поляк Б., Романов А., Гуларян С. The Coherent Control of Relaxation Processes in Excited States of 4-Dimethylaminochalkone Fluorescent Probe. Results of Quantum Chemical Simulation. // Numerical Methods and Programming (Vychislitel’nye Metody i Programmirovanie). 2013. 14. 432-437

Issue

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Most read articles by the same author(s)